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鄭州大學宿舍節(jié)水系統(tǒng)設計
鄭州大學宿舍節(jié)水系統(tǒng)設計
鄭州大學宿舍節(jié)水系統(tǒng)設計
設計者：敖婷婷 劉楠楠 常坤 王曉剛 李建 趙世曉 劉旺波
指導教師:王素蘭
（鄭州大學 水利與環(huán)境學院 河南 鄭州 450001）
作品內容簡介
通過我們小組討論設計了一個學校宿舍簡易節(jié)水系統(tǒng)，即將洗漱用水經簡易處理裝置處理后，儲存于儲水箱中，用于下層的沖廁用水。儲水處理箱設于盥洗池下方。其簡易處理過程：在洗漱池的下水口處裝一個濾網，先將大一點的雜物濾在上面，在下水口下面接一個毛發(fā)收集器，其出水接至處理水箱進行處理。處理水箱中設過濾層，溢流口，污泥出口，反沖洗裝置，出水口接下層沖廁系統(tǒng)。我們根據統(tǒng)計計算所得的每層樓人數及洗漱用水量、沖廁用水量，并且考慮洗漱池下面的空間，設計了儲水水池大小。聯系人：敖婷婷，聯系電話：13939086951，郵箱：attamy@163.com。
1 研制背景及意義
1.1 研制背景
水是生命之源，沒有了水就幾乎等于沒有了生命。眾所周知，中國，以至全世界都處于缺水狀態(tài)中。水是生命的
搖籃，是地球的血液，為了生存下去，我們必須節(jié)約用水。
從全球來看，全球水儲量共約13.86億立方千米，其中包括海洋水在內的全部咸水儲量占總儲量的97.5%，約13.5億立方千米，而淡水儲量包括冰川與永久積雪，地下淡水，河流等水體，大氣中的水分和生物體中的水分等在www.lotusphilosophies.com內，只占水總儲量的2.5%，約0.35億立方千米，其中人類難以利用的如冰川和永久積雪，永凍地層中的水就占淡水總儲量的69.5%，地下淡水量占淡水總儲量的30.1%，人類能夠開發(fā)利用的地下水只占其極少的一部分。可見，全球水資源面臨
嚴重短缺，而可供人類利用的水資源，更是微乎其微。
20世紀世界人口增加了近3倍，淡水消耗量增加了約6倍，目前世界上的人口約有1/3還處于極度缺水狀態(tài)，水資源問題將成為21世紀全球資源環(huán)境的首要問題，水危機正是全人類面臨的重大環(huán)境問題。世界經濟論壇達沃斯論壇年會所發(fā)表的新報告指出，全球將在20年內陷入“水資源破產”(Water Bankruptcy)的困境。這除了將加劇水源爭奪戰(zhàn)，
還會導致谷物收成大大降低，真正危及生存問題。
中國水資源短缺、淡水資源總量約每年26200億立方米，人均占有量為每年2392立方米，為世界人均占有量的四分之一，名列第110位。我國也被聯合國列為13個水資源貧乏的國家之一。由于各地區(qū)處于不同的水文帶及受季風氣候影響，水資源與土地、礦產資源分布和工業(yè)用水結構不相適應。水污染嚴重，水質型缺水更加劇了水資源的短缺。隨著國民經濟的發(fā)展和城市生活水平的提高，很多地區(qū)特別在北方和某些沿海城市發(fā)生水資源短缺和污染問題。水資源
的本身不足和水源的污染已成為我國國民經濟發(fā)展的一個制約因素。
實行水資源的統(tǒng)一規(guī)劃與管理，把用水問題，特別是將節(jié)水工作納入社會經濟發(fā)展規(guī)劃，建立與健全相應的規(guī)章制度，認真貫徹開源節(jié)流并重方針，加強節(jié)水的科學管理，全面開展節(jié)水工作，通過多種途徑開辟水源，加強污廢水處
理，搞好污廢水回用，保護生態(tài)環(huán)境。
節(jié)約用水是指通過行政、技術、經濟等手段加強用水管理，調整用水結構，改進用水工藝，實行計劃用水，杜絕用水浪費，運用先進的科學技術建立科學地用水體系，有效地使用水資源，保護水資源，適應城市經濟和城市建設持續(xù)發(fā)展的需要。節(jié)約用水、高效用水是緩解水資源供需矛盾的根本途徑。節(jié)約用水的核心就是提高用水效率和效益。節(jié)水
是以減少短期和長期用水量為目標的。
重復利用污、廢水已成為替代水源的一個重要途徑。目前，國外有不少城市把處理過的城市污水和廢水回用到各個方面，已成為替代水源的一個重要途徑。城市污水經二級或三級處理凈化后進行回收利用，例如用于沖廁所、澆灌綠化帶，作為工業(yè)和商業(yè)設施的冷卻水，也可作為人工補給地下水的水源。從一些國家的家庭用水調查來看，洗衣、沖洗廁所、洗澡等用水占家庭用水的80%左右。改進衛(wèi)生設施，采用節(jié)水型家用設備是城市節(jié)約用水的重點。節(jié)水產品的使
用是非常有效的節(jié)水措施，既節(jié)約了用水又減少了用水費用的開支。
目前國內主要節(jié)水措施有：①水表安裝與計量。②采用節(jié)水型器具，包括節(jié)水型水嘴、節(jié)水型便器、節(jié)水型便器系統(tǒng)、節(jié)水型便器沖洗閥、節(jié)水型淋浴器、節(jié)水型洗衣機等。③城市節(jié)水灌溉。隨著人民生活水平的提高，城市綠化面積不斷增加，城市灌溉用水量逐年增長。目前我國著重推廣噴灌、微噴灌和滴灌等新技術，比原來的地面灌節(jié)水30%～50%，同時節(jié)省了大量勞力。④城市污水回用技術（中水技術）。通過污水回用，可以在現有供水量不變的情況下，使城鎮(zhèn)的可用水量增加50％以上。國內外的實踐經驗表明，城市污水的再生利用是開源節(jié)流、減輕水體污染、改善生態(tài)環(huán)境、解決城市缺水的有效途徑之一，不僅技術可行，而且經濟合理。⑤減少管網的漏損率。供水管網的漏損是城市供水過程中水損失的一個重要方面，由于城市管網老舊，漏損嚴重，既會造成水的損失，同時有可能會對地質環(huán)境造成安全事故。⑥利用價格杠桿，調整水價，促進節(jié)水工作。根據《城市供水價格管理辦法》和有關規(guī)定，合理調整城市供水價格，在滿足居民的基本用水要求的前提下超定額用水實行累進加價，鼓勵居民選用節(jié)水器具、廢水再利用的自覺性。
1.2研制意義
據統(tǒng)計,我國已有近80 %的城市缺水,北方尤嚴重。在人類各種活動總的用水量當中,室內用水約占總用水量的30 % ,也就是說,有相當多的水量是在建筑內部消耗的。由此可見,改造室內給排水工程體系,開發(fā)樓房生活用水的重復利用,
可以節(jié)約一部分用水量。
我國大中專院校近些年來在不斷擴招，現在我國在校學生數量正逐年劇增，這一龐大群體的用水量也不是一個小數目。高等學校中的需水用戶很多，包括學生宿舍樓、教學樓、實驗室、圖書館等，其中，學生宿舍樓的用水量占學�？傆盟康�60%一70%，是學校的用水第一大戶�，F今，大多數大中專院校學生宿舍樓中學生日常生活，諸如洗漱、清潔以及沖廁均直接來源于自來水，而后直接排入下水道。這其中沖廁用水便要占生活用水中不小的一部分，因此，考慮到提高用水效率，可將學生洗漱、清潔用水經過簡單處理之后用作沖廁水的來源，進而可以從中節(jié)約很大一部分清潔
的自來水。
由于高等學校水費的承擔者不是用戶本人，因此，用戶的節(jié)水意識較差，水資源的浪費現象較為嚴重。在水質要求不高的方面使用中水代替自來水，一方面可以節(jié)約自來水消耗，另一方面可以減少污廢水的排放。建筑的自來水水價相對較高，且經濟規(guī)模較低，使用中水對于用水管理者有明顯的經濟效益;經處理后的污水回用于高等學校，不但減少了
污水的掃澈量，而且減輕了受納水體的污染，同時也減少了治理環(huán)境污染的投資，社會環(huán)境效益顯著。
2 設計方案
針對高校宿舍用水量大，可節(jié)約性強這一現象，我們小組討論設計了一個宿舍簡易中水回用系統(tǒng)——在宿舍內將
洗漱用水經簡易處理后用于沖廁。
現以鄭州大學為例，將我們的設計項目介紹如下。
2.1 水量及容量計算
2.1.1 水量計算
鄭州大學新校區(qū)占地4845畝，共有在校生約5萬人，共有宿舍52棟。根據建筑給水排水設計規(guī)范，取人均宿舍用水量為60（L/人/d），沖廁用水約占其30%-40%，取20(L/人/d),洗漱用水取40（L/人/d）。洗漱用水完全可以滿足
沖廁用水的需求，此方案在水量均衡方面具有可行性。
經計算可知，鄭大新區(qū)每天學生宿舍的總洗漱用水量為40*50000=2噸，沖廁用水量為1噸，每天將洗漱用水用于沖廁將節(jié)約1噸的水。一年將可節(jié)約360多噸的水。（剩余的洗漱用水可將其利用至其他方面，鑒于本文討論所限，
在此不再說明）
表1 不同條件下宿舍樓用水量及增長率
2.1.2 水箱容量計算
以第二生活園期宿舍的一層為例，每層約有人數200人，每層共設有3個公共盥洗室，每天洗漱用水量為
200*40=8m3，每個盥洗室需設水箱的容積為8/3≈3m3。經考察，水箱完全可放置到公共盥洗室內。為預防短期洗漱用
水量增加的情況，我們取條件允許的水箱容積的最大值。
2.2 設計流程
2.2.1 設計流程圖
自來水
（反沖）（補給） 沖廁
（主要流向）
生活污水 地漏過濾 毛發(fā)收集器 儲水處理箱
下水道
（污物及多余水量流向）
圖2-1 系統(tǒng)設計的基本流程圖
洗漱用水水質特點：有機物濃度低，懸浮物濃度高，皂液的含量高。
洗漱污水中經常含有較大的食物顆粒，塑料袋，茶渣等，在地漏處設計過濾網，將這些較大的顆粒去除，方便后續(xù)的處理。經過過濾網后，水中存在的毛發(fā)等物，通過毛發(fā)收集器進行收集處理。經過以上兩道工序的處理，水中基本不存在較大的顆粒懸浮物，有機物量也大為減少，剩余的多為皂液，懸浮物的濃度高，故認為僅采用儲水處理箱中簡單的過濾處理，即可達到沖廁用水的標準。自儲水箱流出后，經管道進入下層的廁所，作為沖廁用水使用。裝置設有反
沖洗系統(tǒng)，洗后污水排入下水管道。若水量過多，沖廁用不完，設有溢流管，將水排入下水管道。
2.2.2 儲水處理箱設置
水箱設置位置如圖2-2所示
支撐隔墻 水箱
圖2-2
水箱位置示意圖如圖2-3
圖2-3
由于盥洗池下有起支撐作用的隔墻，我們設計在靠近下水口處的一格設處理水箱，另幾格做儲水箱，將底部隔墻
打通讓水流過。
處理水箱設置方式如圖2-4
圖2-4
水箱設在上面樓層盥洗槽的下方，考慮到長時間運行可能產生異味，故采用密封的水箱。即可在下方加砌水泥墻，
做成集水池。
毛發(fā)處理器設置在盥洗槽下水口下，在儲水箱外側，便于定期的清理，其出水口通過管道與水箱相連。
經處理的水由出水口進入下層沖廁系統(tǒng)用于沖廁，這種將儲水與用水分層設置的方式保證了沖廁時所需的水壓。 設溢流管接入下層水箱，及由自來水管道接入的反沖洗管道，若濾料層被污泥附著而堵塞則采用反沖洗系統(tǒng)，產
生的污泥經排污管排入下水管道。
2.2.3 管道布置方案
樓層間管道布置示意圖：
圖2-5
我們的設計將上層水箱的溢流管接到下層水箱上，用以將上層過多的污水導入下層水箱處理后再用，依次循環(huán)，直到最底層溢流管接到下水管道。上層下來的溢流接入口比此層的溢流出口稍低，以防水還未處理就直接流走。這
樣充分利用了整棟樓的污水，又減少了某一層缺處理原水的概率，提高了污水利用率。
2.2.4 儲水處理箱設計
處理水箱內部構造圖如下：
圖2-6
①過濾層
過濾層稍微斜置，以便反沖洗時污水易于流走。濾料采用粒徑為0.5-1.0mm的石英砂，濾料下面放一層礫石起承托作用，上面也放一層礫石分散水的沖力�？倿V料層為10cm，距盥洗池底15cm。濾料層上下用鐵絲網固定，以防濾料
膨脹。
②反沖洗裝置
采用漸縮管蓮蓬式噴頭，對于較大面積的過濾層具有較好的反沖洗處理效果，且用漸縮管有一定沖擊力，有利于沖洗。需要反沖洗時，打開此管的閥門，進行反沖洗濾料層，再打開排污管閥門排出污泥，設計為一星期反沖洗一次。
③自來水補給裝置
我們的設計用反沖洗管道也作為自來水補給管道，需要自來水補給時，打開此管閥門，而不開排污管閥門。
④溢流管
我們設計將各樓層水箱的溢流管兩兩相連，故只在最底層設總溢流管出水口即可。該管道的存在，使只有在各層
水箱都達到蓄滿狀態(tài)時才會產生溢流，增大了污水的利用率。
⑤排污管
此管道在開啟反沖洗系統(tǒng)后打開閥門，它距濾料層很近，以便沖洗后污水流出。
⑥儲水箱
由于盥洗池下支撐隔墻的存在，儲水箱設在處理水箱旁邊的另幾格，這樣還可節(jié)省濾料層面積，增大儲水容積。
3 設計運行效果分析
整個設計流程及管路布置都比較簡單，可行性較好。有效的實現了房屋內部水的重復利用，節(jié)約了大半宿舍用水。設備所需的材料來源廣，而且價格比較便宜。所用反沖洗系統(tǒng)能較為有效的對濾料進行反沖洗，減少了人工清理的麻煩。反沖洗管與自來水補給管用一個管道，使整個裝置更簡便。再一點整棟樓的上層水箱溢流口連接到下層水箱，能
更好的滿足各樓層的用水需要，使污水利用率提高。
由于我們設計小組人員能力有限，及考慮此設計的具體操作情況，一些步驟的設計存在缺陷，希望以后改進。對于反沖洗系統(tǒng)和補水系統(tǒng)只能采用手動清理，不能實現自身的自動清理，反沖洗還要定期進行，比較麻煩。另外儲水
箱密閉，對于內部裝置的維修也會帶來一定的麻煩。
4 創(chuàng)新點及應用
4.1 創(chuàng)新點
較之前的各種宿舍用水回用系統(tǒng)的設計，本設計具有以下創(chuàng)新點：
首先，漸縮蓮蓬式噴頭反沖洗裝置的設置，使反沖洗的效果極大的提升。其次，反沖洗管與自來水補給管用一個管道，節(jié)省材料，使裝置更簡便。再次，樓層間水箱溢流管兩兩連接，只在最低層設置總的溢流管，保證了只有在全部儲水箱均蓄滿的狀態(tài)下才會溢流，極大程度的較少了由于各層不同時段用水量不同，造成的有的樓層缺水有的樓層水卻
大量溢流走所帶來的浪費，較以往的各層均設溢流管的設計，提高了總的污水回用率。
4.2 應用
該設計可以實用于各大高校的宿舍洗漱水回用。若用水量允許還可用于教學樓，辦公樓，實驗樓等。
5 結束語
由于時間與我們課題小組成員水平有限，該系統(tǒng)設計也會存在不少容易被忽略的細節(jié)問題，這些問題還有待各位專家在審閱過程中發(fā)現并指出。我們期望我們的這個設計能夠在實際生活中運行，發(fā)現并解決實際應用中的問題后，推廣到全國各高校，這樣帶來的節(jié)水效益將是有所期待的。我們也堅信該系統(tǒng)自動智能化的實現在不遠的將來是完全可以解決的�？紤]到個高校學生宿舍樓中用水系統(tǒng)的不同，該系統(tǒng)設計應根據實際情況做出相應修改，但其基本內容不會有太大改變。我們也更希望高校能采用整體的中水回用系統(tǒng)，這樣能節(jié)約更多的水。另外，我們還要做好宣傳及帶頭作用，號召大家從生活的點點滴滴節(jié)約用水。我國節(jié)水工程要不斷進行，不斷發(fā)現新思路，提高全民節(jié)水素質也將在我國節(jié)水
工程中發(fā)揮其巨大作用。
在此次設計過程中，我們另一個大的收獲就是，我們小組的成員都發(fā)揮了各自的設計才能，大家一起討論設計出了這個節(jié)水系統(tǒng)，體現出了很好的合作精神，共同為一個目標而奮斗。我們的指導老師給我們做了重點指導，在此表示
誠摯的謝意！感謝大家的合作！
參考文獻
[1] 韓劍宏主編.中水回用技術及工程實例.北京：化學工業(yè)出版社,2004.10
[2] 上海市建設和管理委員會.建筑給排水設計規(guī)范.北京：中國計劃出版社，2003
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